一种四旋翼飞行系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及飞行器控制技术领域，具体涉及一种四旋翼飞行系统。
【背景技术】
[0002]四旋翼飞行器早在二十世纪初就出现了，在之后几十年，由于有效载荷过小、续航时间短等缺点，四旋翼飞行器的发展一直很缓慢。近年来，随着新型材料、微机电(MEMS)、微惯导(MMU)以及飞行控制等技术的发展，四旋翼飞行器的自主飞行和半自主飞行都有非常大的进步。通过各种算法和数学模型可以灵活控制四个旋翼的旋转，实现垂直起降、定点悬停、旋转、侧飞、倒飞等功能。四旋翼飞行器凭借简单的结构、低廉的成本、灵活的机动性以及特殊的控制方式成为国际上新的研究热点。
[0003]由于实际条件限制，对于四旋翼飞行器控制研究的理论成果很多，但大多设计复杂，系统难以实现，对于普通人而言难以操作。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的是解决现有技术的缺陷，提供一种结构简单，容易实现和操作的四旋翼飞行系统，采用的技术方案如下:
[0005]一种四旋翼飞行系统，包括飞行器和控制器，所述飞行器包括处理器及分别与处理器电连接的定高装置和驱动电机，所述控制器包括微处理器及分别与微处理器电连接的航姿测量装置、油门和高度调节装置，所述飞行器和控制器上设有相互电连接的无线通信装置，所述飞行器的无线通信装置与处理器电连接，所述控制器的无线通信装置与微处理器电连接。
[0006]航姿测量装置实时检测控制器的姿态，并发送给微处理器，微处理器利用四元素融合算法对姿态数据进行处理，得出可以控制驱动电机的欧拉角(即横滚角(X)、俯仰角(Y)和航向角(Z));通过油门和高度调节装置设定飞行器的油门值和高度值，并发送至微处理器；微处理器将处理后的姿态数据、油门值和高度值打包并通过无线通信装置发送至飞行器，飞行器接收控制器发送过来的数据同时，读取其自身的电子罗盘和定高装置采集的数据，交由处理器通过互补滤波融合和姿态解耦运算等算法解算出各个驱动电机的PWM值，进而完成飞行器的平衡控制和完成横滚、俯仰、偏航等空间六自由度的动作。本实用新型利用无线通信装置传输数据，进而将控制器和飞行器联系在一起，使得控制控制器的姿态就相当于控制飞行器的姿态。控制器和飞行器分工合作，控制器负责姿态数据的收集、处理和数值的设定，而飞行器负责把接收的数据与其自身采集的数据进行算法融合再处理，完成想要的目标姿态。本实用新型在一定程度上减轻了飞行器的负担，可以满足其它更多功能的设计要求。相比其它的飞行系统，本实用新型的飞行系统更容易实现，设计更简单，并降低了普通人对飞行器的控制难度。
[0007]作为优选，所述定高装置包括超声波传感器和气压计传感器。
[0008]本实用新型中，飞行器在低空飞行时，采用超声波传感器进行定高，在高空飞行时，采用气压传感器进行定高。
[0009]作为优选，所述航姿测量装置包括陀螺仪、加速度计和电子罗盘。
[0010]作为优选，所述航姿测量装置为三轴加速度陀螺仪传感器。
[0011]三轴加速度陀螺仪传感器分别采集控制器在X、Y、Z轴上的加速度以及控制器绕三轴旋转的角速度，发送给微处理器进行姿态估计，采集互补滤波融合的数据并使用四元数法进行姿态解算，得到我们想要的欧拉角。
[0012]本实用新型的有益效果:通过控制器和飞行器的分工合作，在一定程度上减轻了飞行器的负担，增强了人机交互性，降低了使用者的控制难度。相比其它的飞行系统，此系统更容易实现，设计更简单。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。
[0015]实施例:
[0016]如图1所示，一种四旋翼飞行系统，包括飞行器和控制器，所述飞行器包括处理器及分别与处理器电连接的定高装置和驱动电机，所述控制器包括微处理器及分别与微处理器电连接的航姿测量装置、油门和高度调节装置，所述飞行器和控制器上设有相互电连接的无线通信装置，所述飞行器的无线通信装置与处理器电连接，所述控制器的无线通信装置与微处理器电连接。
[0017]所述定高装置包括超声波传感器和气压计传感器。
[0018]所述航姿测量装置为三轴加速度陀螺仪传感器。
[0019]本实施例工作过程:三轴加速度陀螺仪传感器分别采集控制器在X、Y、Z轴上的加速度以及控制器绕三轴旋转的角速度，发送给微处理器进行姿态估计、采集互补滤波融合数据并使用四元数法进行姿态解算，得出可以控制驱动电机的欧拉角(即横滚角(X)、俯仰角(Y)和航向角(Z))，通过油门和高度调节装置设定飞行器的油门值和高度值，并发送至微处理器；微处理器将处理后的姿态数据、油门值和高度值打包并通过无线通信装置发送至飞行器，飞行器接收控制器发送过来的数据同时，读取其自身的电子罗盘和定高装置采集的数据，交由处理器通过互补滤波融合和姿态解耦运算等算法解算出各个驱动电机的PWM值，进而完成飞行器的平衡控制和完成横滚、俯仰、偏航等空间六自由度的动作。
【主权项】
1.一种四旋翼飞行系统，包括飞行器和控制器，所述飞行器包括处理器及分别与处理器电连接的定高装置和驱动电机，所述控制器包括微处理器及分别与微处理器电连接的航姿测量装置和油门和高度调节装置，其特征在于，所述飞行器和控制器上设有相互电连接的无线通信装置，所述飞行器的无线通信装置与处理器电连接，所述控制器的无线通信装置与微处理器电连接。2.根据权利要求1所述的一种四旋翼飞行系统，其特征在于，所述定高装置包括超声波传感器和气压计传感器。3.根据权利要求1所述的一种四旋翼飞行系统，其特征在于，所述航姿测量装置包括陀螺仪、加速度计和电子罗盘。4.根据权利要求1所述的一种四旋翼飞行系统，其特征在于，所述航姿测量装置为三轴加速度陀螺仪传感器。
【专利摘要】本实用新型公开一种四旋翼飞行系统，包括飞行器和控制器，所述飞行器包括处理器及分别与处理器电连接的定高装置和驱动电机，所述控制器包括微处理器及分别与微处理器电连接的航姿测量装置、油门和高度调节装置，所述飞行器和控制器上设有相互电连接的无线通信装置，所述飞行器的无线通信装置与处理器电连接，所述控制器的无线通信装置与微处理器电连接。本实用新型通过控制器和飞行器的分工合作，在一定程度上减轻了飞行器的负担，可以满足其它更多功能的设计要求。相比其它的飞行系统，此系统更容易实现，设计更简单，降低了普通人对飞行器的控制难度。
【IPC分类】G05D1/08, G05D1/04
【公开号】CN204856212
【申请号】CN201520689793
【发明人】唐宇, 骆少明, 孔令志, 李炜, 周晓明, 徐永洪, 王克强, 黄伟锋
【申请人】仲恺农业工程学院
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月8日